Hydraulische Energieversorgung

In heutigen Verkehrsflugzeugen werden sicherheitskritische Stellfunktionen, wie Flugsteuerung, Fahrwerke oder Bremsen, hydraulisch realisiert und durch mehrfach redundante, hydraulische Systeme versorgt. Der Grund hierfür ist neben dem robusten und kostengünstigen Aufbau vor allem die sehr hohe Leistungsdichte hydraulischer Komponenten. Im Hinblick auf eine hydraulische Energieversorgung der nächsten Generation ergeben sich in diesem Bereich viele interessante Forschungsthemen.

Architekturentwurf

Der Architekturentwurf beschreibt die Festlegung der Anzahl der hydraulischen Systeme, der Art und Anzahl der Pumpen in den Systemen sowie die Zuordnung der Verbraucher zu den Systemen. Diese Aufgabe gestaltet sich insbesondere vor dem Hintergrund der zu versorgenden sicherheitskritischen Funktionen als sehr komplex, hat aber einen bedeutenden Einfluss auf die späteren Systemeigenschaften. Daher wird in diesem Forschungsfeld eine neue Prozess- und Werkzeugkette entworfen, welche die Entwicklung der hydraulischen Energieversorgung von den Systemanforderungen bis zum virtuellen Integrationstest unterstützt. Der Fokus liegt dabei auf neuen rechnerbasierte Methoden, wie die Eigenentwicklungen Opal zur Leistungsallokation und ArOLab für den Vorentwurf und die Optimierung der Energieversorgung. Weiterhin werden mit Hilfe angepasster kommerzieller Werkzeuge hochdetaillierte Gesamtsystemmodelle für den Detailentwurf und Integrations- und Fehlermodelle für Integrationsuntersuchungen und einen virtuellen Gesamtsystemtest verwendet.

Elektrohydraulische Leistungserzeugung

Wesentliche Treiber bei der Entwicklung von Flugzeugen der nächsten Generation sind die Reduktion des Treibstoffverbrauchs sowie die Lärm- und Emissionsreduzierung. Die Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit eines Flugzeugs wird dabei in einem hohen Maße durch die Systeme mitbestimmt. Der Fokus dieses Forschungsschwerpunkts liegt auf dem Entwurf und der Analyse elektrohydraulischer Systeme. Aufgrund der interdisziplinären Ausrichtung des Forschungsschwerpunktes werden Themen aus den Bereichen Elektronik, Mechanik, Hydraulik sowie aus der Steuer- und Regelungstechnik behandelt.

Die Untersuchungen erfolgen dabei sowohl modellbasiert als auch mit eigens konstruierten Demonstratoren. Für modellbasierten Analysen wird dabei auf kommerzielle, in der Industrie eingesetzte Simulationswerkzeugen zurückgriffen. Im Rahmen des Forschungsschwerpunktes wird derzeit das Projekt PEP bearbeitet.

Zustandsüberwachung

Die Zustandsüberwachung beinhaltet die Überwachung einzelner Komponenten bzw. die Überwachung komplexer Hydrauliksysteme. Sie umfasst im Wesentlichen die Messung, Aufzeichnung und Analyse von Kenngrößen. Durch die Entwicklung von Fehlerdiagnose-Algorithmen anhand von physikalischen Modellen lassen sich mittels der Zustandsüberwachung Fehler im System identifizieren, was eine gezielte Wartung ohne Zeitintensive Fehlersuche erlaubt. Weiterführend kann die Zustandsüberwachung für die Fehlerprognose genutzt werden. Mit Fehlerprognose-Algorithmen lassen sich drohende Ausfälle von Systemen bzw. Systemkomponenten frühzeitig, durch einen Vergleich mit Referenzmessungen, erkennen, wodurch entsprechende Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden können. Mit dieser Optimierung des Wartungsprozesses kann wiederrum eine Senkung der Betriebskosten des Flugzeugs erreicht werden.

Lärmminderung

Aufgrund ihrer prinzipiellen Funktionsweise sind Hydrauliksysteme besonders anfällig für Lärmemissionen (Komforteinbußen) und Vibrationen (Bauteilbelastung). Neben Luftschall (Lärm) und Körperschall (Vibrationen) kann sich in Hydrauliksystemen zusätzlich Flüssigkeitsschall (Druck- und Volumenstrompulsationen) ausbreiten und vielerorts in die vorgenannten Schallformen übergehen. Eine Hauptursache für die Entstehung von Flüssigkeitsschall ist der nicht-kontinuierliche Fördervorgang von Pumpen (endliche Anzahl von Kolben), der sich grundsätzlich nicht vermeiden lässt. Komponentenhersteller können hier bedingt eine Minderung, i.d.R. aber keine völlige Tilgung herbeiführen, da es sich zusätzlich um ein vom Einsatzfeld abhängiges Verhalten handelt. Dem entsprechend steht auf Systemebene die Entwicklung peripherer (sekundärer) Schallminderungsmaßnahmen im Vordergrund, um den stetig verschärften Anforderungen nach System/Komponenten-Lebensdauer und Passagier-Komfort zu genügen. Dafür müssen u.a. innovative Schalldämpferkonzepte und geeignete Methoden zur schallarmen Gesamtsystemauslegung erarbeitet werden. Innerhalb von Methoden besteht ein wesentlicher Aspekt in der Bereitstellung von computergestützten Analysewerkzeugen.

Optimierte Instandhaltung

Im Rahmen der Bauteilinstandhaltung von Luftfahrtkomponenten werden diese durch Tests auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft. Die Aussagekraft dieses Tests ist dabei von wesentlicher Bedeutung für die Zuverlässigkeit und die operationelle Verfügbarkeit der Luftfahrtkomponenten. Für die Wirtschaftlichkeit der Instandhaltungstätigkeit ist der Aufwand der Funktionstest von Bedeutung. Das Ziel einer optimierten Instandhaltung ist es den Inhalt und den Ablauf der Funktionstest so zu verändern, dass bei gleichbleibender oder sogar erhöhter Aussagekraft den zeitliche Aufwand reduziert wird. Um die Funktionstests zu optimieren wird das Verhalten der Luftfahrtkomponenten bei den einzelnen Testschritten unter dem Einfluss von möglichen Fehlern simuliert. Aus den Simulationsergebnissen lassen sich Verbesserungsmöglichkeit ableiten.

  

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